NASAの2022年のブレークスルーと成果：アルテミス、3Dプリント宇宙服、新しい金属合金

はじめに: NASA は 2022 年を「この世のものとは思えない」年として締めくくりました。それは本当だ。それは、大型の月ロケット打ち上げの成功だけでなく、宇宙に投入された多数の技術、新たな商業パートナーシップ、そして NASA の多くのプログラムの進歩によるものだ。画期的なミッションとテクノロジーの点では、NASA は宇宙での 3D プリントに関して多くの成果を上げています。過去 1 年間の NASA の主な成果の一部をご紹介します。

月面探査の準備<br /> 数年にわたる遅延と数十億ドルのコスト超過を経て、NASAの巨大な月ロケットは2022年11月16日にポートカナベラルから打ち上げられ、無人のオリオン宇宙船を地球上空28万マイル（45万キロ）の高度まで運ぶ予定だ。最初のアルテミス計画では、スペースシャトルから派生した RS-25 コアステージエンジン 4 基が使用されました。これらのエンジンは、エアロジェットロケットダイン社によって製造およびアップグレードされ、多数の 3D プリント部品が組み合わさって、エンジンの全体的な製造コストを約 35% 削減するとともに、高い性能、信頼性、安全性を確保しました。さらに、ノースロップ・グラマン社が製造した2基の固体ロケットブースターが、飛行の最初の2分間に機体の推力の75パーセント以上を供給した。 RS-25 エンジンと同様に、このブースターはスペースシャトルプログラムの従来のコンポーネント設計を改良したもので、付加製造技術を使用して軌道上の乗り物と互換性を持たせています。

NASAはアルテミス計画によって、最終的には初の女性と初の有色人種を月に送ることになるが、有人ミッションで月面に着陸する前（2025年頃）に、人類が現地の資源を利用できるように現地資源利用（ISRU）の実現など、月面で必要な技術の開発も計画している。この目的のために、NASA は 2022 年に毎年恒例のブレークスルー、イノベーション、ゲームチェンジング (BIG) アイデアチャレンジを通じて複数の大学と協力します。学生主導のチームは、月の鉱物からの金属の抽出、AM 用の材料の成形、月で使用するための 3D 印刷インフラストラクチャのテストと検証など、月での金属生産パイプラインを設計することが期待されています。

△NASAのオリオン宇宙船は11月16日、同局のスペース・ローンチ・システム（SLS）ロケットで打ち上げられ、月へのアルテミス計画初のミッションとなった。画像提供：ロッキード・マーティン/NASA。

サイエンスフィクションが現実になる
NASA は、宇宙探査能力の向上、解決策の発見のために全米の起業家、研究者、革新者を結集していることで知られています。宇宙ミッションの打ち上げから先進技術の実証、初期段階のコンセプト開発のサポートまで、2022年の主な成果には、3D組織チップの寿命延長や、カスタマイズされた3Dプリント宇宙服や3Dプリント水泳マイクロロボットなどの未来的なアイデアの提案などが含まれています。

NASA は複数の機関と連携し、9 つの契約に資金を提供して 3D 組織チップの開発を推進し、組織の生存能力と生理学的機能を少なくとも 6 か月延長することを目指しています (現在、3D 組織チップは約 1 か月しか生存できないため、使用が制限されています)。組織の生存能力を延長することで、研究者は薬物、放射線、環境ハザード、感染、微小重力などの要因への急性および慢性の曝露をテストできます。この提案の最も重要な側面の 1 つは、深宇宙での有人宇宙飛行を可能にすることです。さらに、3D 組織チップは病気をシミュレートし、個別化医薬品の製造に役立ちます。

△2019年ペンシルバニア大学/フィラデルフィア小児病院からの肺骨髄チップ。画像提供：NASA。

その他の未来的な構想としては、カレッジステーションにあるテキサスA&M大学が宇宙服を3Dプリントするために受け取った助成金が挙げられる。この提案では、エンジニアのボニー・ダンバーが、宇宙服を迅速かつコスト効率よく作成するのに役立つツールとして積層造形を評価します。彼女は、3D プリントに加えて、身体の 3D スキャン、自動 3D 衣服製造、デジタルツイン、コンピューター支援設計 (CAD)、モデルベースエンジニアリングなどの他のテクノロジーでもこの目標を達成できると考えています。

ディスカバリープログラム<br /> 持続可能な航空を推進するために、NASA はパートナーや民間部門と協力してきました。両社は協力して、航空機やロケットエンジン内部などの用途に使用できるGRX-810と呼ばれる新しい金属合金など、新たなグリーンテクノロジーの開発とテストを行っています。 GRX-810 は、ナノスケールの酸化物を材料全体に均一に分散させる 3D 印刷プロセスを使用して開発されており、華氏 2,000 度を超える温度に耐えることができ、既存の合金よりも 2,000 倍長持ちします。

△NASA グレン氏の 3D プリントタービンエンジン燃焼器 (燃料空気ミキサー) は、新しい GRX-810 合金を適用することでメリットを得られる難しい部品の一例です。画像提供：NASA

NASA は 2022 年を通じて、宇宙探査に興味を持つ新世代の人々を教育し、刺激を与える取り組みを行ってきました。たとえば、同局は科学の専門家とともに Twitter Spaces を主催し、代替テキスト、豊富な画像の説明、触覚パネル、3D プリントモデル、タッチパッド、通知を通じて、宇宙画像を人々が読んだり、触ったり、聞いたりできる体験にするにはどうすればよいかを議論しました。また、同社はGoogle Arts & Cultureと提携し、「私たちの太陽系：NASAとともに宇宙の近所を巡る3Dアドベンチャー」というデジタルギャラリーを制作した。このギャラリーには、惑星、衛星、NASAの宇宙船の3Dモデルが60点以上含まれている。これらのモデルは、新しくリリースされた SLS 3D モデルとともに、Google 検索結果にも表示されます。

深宇宙探査の準備
NASA と SpaceX は、国際宇宙ステーション (ISS) への乗組員の打ち上げと帰還に成功し、宇宙で数多くの研究と実験を実施して、科学の進歩を最大限に高めてきました。例えば、昨年 10 月には 5 人の宇宙飛行士が宇宙ステーションに到着し、心臓血管の健康や微小重力下での体液の挙動などの分野で新たな科学研究を数か月かけて実施し、低地球軌道を超えた人類の探査に備え、地球上の生命に利益をもたらすことを約束しました。

チームはアップグレードされたバイオファブリケーション施設（BFF）も持ち込み、2019年に人間の膝半月板の一部と大量の人間の心臓細胞を印刷することに成功しました。バイオプリンティングは、地球上の臓器不足を緩和するだけでなく、地上で印刷されるものよりも高品質の組織サンプルを微小重力下で印刷できるようにするなど、大きな可能性を秘めています。その他の有意義なパートナーシップやコラボレーションには、画期的な宇宙スタートアップ企業 Rocket Lab (NASDAQ: RKLB)、積層造形開発企業 ICON、3D プリントおよび宇宙企業 Relativity Space との契約や助成金が含まれます。

△NASAのビル・ネルソン長官（左）が年末会議中にNASA本部で上級幹部と会談。画像提供：NASA/Joel Kowsky。

NASAのビル・ネルソン長官は次のように述べた。「2022年はNASAのすべてのミッションにとって最も成果のあった年の一つとして歴史に残るでしょう。そして2023年には、ウェッブ望遠鏡によるさらなる驚くべき発見、地球がどのように変化しているかをより詳しく教えてくれる気候ミッション、国際宇宙ステーションでの継続的な科学研究、X-59およびX-57実験機による画期的な航空開発、50年以上ぶりに月面を歩く宇宙飛行士の選出など、楽しみなことがたくさんあります。」

NASA が発見を通じて世界に刺激を与え続ける中、民間宇宙産業は地球外のエコシステムにおいて重要な役割を担う存在へと進化してきました。 2023 年に人類は宇宙探査で他にどのような成果を上げることができるでしょうか?待って見てみましょう！

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